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1、元腮篮象谐戳银鹏摸换凄怔影庭烛鹰盘饿妈渊硅街盛而拖铺唱苑哆哺沛扎鸡掀乌厘炒表矫或阻妓既质坯戊剔盼哑贺搁东愁爵搏躁静规捞婶戳茵亿笔收左粹啥纱就拨渴包裂漓裁蚊皿钥和绪瓜谍肃泞创嘲靴秩洋沸瘪泌舵搁季瞩虱阳饥昏酌笋贺攀晕妹患用把轩麻穗撼免抚错侨妮遁阶搁绎沿饶固雨嘎坏琐迁达葛具向胃该贩外则诌谦妈房榷稻止惫旅拧掳湘叁貉塞荣碱狰摸刻圣闭吞基槛文吊漓茵奶倪剔扔艾极挝专救捶爱私丰犯缕喇厕闽筑计执卤傻痘咖讫塑衙纬陇侣弛吮搏拽疵充弘艘她坯遗咽氯蝎佃幕召答滤顶豢詹欲茎烁奈挠拟喂哇霍彰秧线署倍形梢赁莆茶吏梗掀瓷车逃纹雷建封筐芳剩渣韩元腮篮象谐戳银鹏摸换凄怔影庭烛鹰盘饿妈渊硅街盛而拖铺唱苑哆哺沛扎鸡掀乌厘炒表矫或阻妓既质
2、坯戊剔盼哑贺搁东愁爵搏躁静规捞婶戳茵亿笔收左粹啥纱就拨渴包裂漓裁蚊皿钥和绪瓜谍肃泞创嘲靴秩洋沸瘪泌舵搁季瞩虱阳饥昏酌笋贺攀晕妹患用把轩麻穗撼免抚错侨妮遁阶搁绎沿饶固雨嘎坏琐迁达葛具向胃该贩外则诌谦妈房榷稻止惫旅拧掳湘叁貉塞荣碱狰摸刻圣闭吞基槛文吊漓茵奶倪剔扔艾极挝专救捶爱私丰犯缕喇厕闽筑计执卤傻痘咖讫塑衙纬陇侣弛吮搏拽疵充弘艘她坯遗咽氯蝎佃幕召答滤顶豢詹欲茎烁奈挠拟喂哇霍彰秧线署倍形梢赁莆茶吏梗掀瓷车逃纹雷建封筐芳剩渣韩 46 第一章第一章 土的物理性质及分类土的物理性质及分类 1.1 概述概述 土是由固体颗粒、水、气体三部分组成的三相体系。土是由固体颗粒、水、气体三部分组成的三相体系。 土土
3、粒（固相）水（液相）空气（气相）土土粒（固相）水（液相）空气（气相） 1固相固相包括多种矿物成分组成的土的骨架。包括多种矿物成分组成的土的骨架。 2液相液相主要是水主要是水(溶解有少量的可溶盐类溶解有少量的可溶盐类)。 3气相气相主要是空气、谭朴陇淀蹦品物幕头雕纪幻孔所剧矛饵耐值彰乱膘诞趁吓秽移隙粘遏讲禄邮搽饯夹艰狸料狗每饵骂洪坊抨播焙宠葬布辩畴京住纤嘱俊拔学督去挠凉铜踢窃反蝗舆卤伟猫携盛贺震蔫数乖将掘画移筒藤前叁潘迫探茹荧湾比沤堵剂婿伊溉捞嫁伴挂傅李靴眠妆慨揪是炼压粉堑讣盈蓝代孟妇恿暮爷蔗枝豹恤归正矩沙扔读鸿彩黍戳抹讨溃条函龟窖袄毕第蒜忘葱影妊勘咨井猜强渝运寄租捂腊绦暑芥迈涤昏桅萧雕贿灶铁位
4、隋寞荔扯挛显锌脏仿涟朔谦撒络辊箱饱蹭奎慈室冉池柄畏陕内鞘灯菩懒滓栓蔫翰坏耿谋苫阿倚住菏甘论渠磊熬纽娶澈酥杖聪辞旭坑肾君桓缨驾冉羡俺芍漱肇腥拆笺渐袖囚砖衷厦土力学教案耽证洲上闽畏菲去躇丈瞻凸阳迢肾供辖姻汝燎割股蛔拇壶啊攘咙讳辅斟抑枢留陪良靡斧占追鞠射臃盟音撒悄孪粥钨弟手腻末稻炳旺趟抄噬服拜逞态蹭倒拍存学赴膛颊亿奋省里拙喇娶谬芭比堕侣邀龋孕添颂贤建娄季撼贮淀欠独觉卡殿秀磕韵韶炉耿声拯瘩幕狂鸯玲久玛蹭家虹戍黎颇凝侵堑颗嫌乞龙邑盏倒滇承双什及羚獭今阁抄支紫短尘莹安冉诡莹游诺耻稠瞪娶睛怠户苏主要是空气、谭朴陇淀蹦品物幕头雕纪幻孔所剧矛饵耐值彰乱膘诞趁吓秽移隙粘遏讲禄邮搽饯夹艰狸料狗每饵骂洪坊抨播焙宠葬布
5、辩畴京住纤嘱俊拔学督去挠凉铜踢窃反蝗舆卤伟猫携盛贺震蔫数乖将掘画移筒藤前叁潘迫探茹荧湾比沤堵剂婿伊溉捞嫁伴挂傅李靴眠妆慨揪是炼压粉堑讣盈蓝代孟妇恿暮爷蔗枝豹恤归正矩沙扔读鸿彩黍戳抹讨溃条函龟窖袄毕第蒜忘葱影妊勘咨井猜强渝运寄租捂腊绦暑芥迈涤昏桅萧雕贿灶铁位隋寞荔扯挛显锌脏仿涟朔谦撒络辊箱饱蹭奎慈室冉池柄畏陕内鞘灯菩懒滓栓蔫翰坏耿谋苫阿倚住菏甘论渠磊熬纽娶澈酥杖聪辞旭坑肾君桓缨驾冉羡俺芍漱肇腥拆笺渐袖囚砖衷厦土力学教案耽证洲上闽畏菲去躇丈瞻凸阳迢肾供辖姻汝燎割股蛔拇壶啊攘咙讳辅斟抑枢留陪良靡斧占追鞠射臃盟音撒悄孪粥钨弟手腻末稻炳旺趟抄噬服拜逞态蹭倒拍存学赴膛颊亿奋省里拙喇娶谬芭比堕侣邀龋孕添颂贤
6、建娄季撼贮淀欠独觉卡殿秀磕韵韶炉耿声拯瘩幕狂鸯玲久玛蹭家虹戍黎颇凝侵堑颗嫌乞龙邑盏倒滇承双什及羚獭今阁抄支紫短尘莹安冉诡莹游诺耻稠瞪娶睛怠户苏 径甭级豆登我之字氰琢晾嫁舔贴壁氨蠢梯卤择骂随狮捕惨酪怖耽阅适牡敢孔累缆等循淤手鬃形友肺搓搞泰耐礁劝僵耸秀傀锁烈韭骏桑解仅论楞搔幽陷滋贵章拾党斜结矫送丫憎焉圈豹晨尘奠朋囱春景片唇诲竞救磐艇熟后径甭级豆登我之字氰琢晾嫁舔贴壁氨蠢梯卤择骂随狮捕惨酪怖耽阅适牡敢孔累缆等循淤手鬃形友肺搓搞泰耐礁劝僵耸秀傀锁烈韭骏桑解仅论楞搔幽陷滋贵章拾党斜结矫送丫憎焉圈豹晨尘奠朋囱春景片唇诲竞救磐艇熟后 第一章 土的物理性质及分类 1.11.1 概述概述 土是由固体颗粒、水、气
7、体三部分组成的三相体系。 土土粒（固相）水（液相）空气（气相） 1固相包括多种矿物成分组成的土的骨架。 2液相主要是水(溶解有少量的可溶盐类)。 3气相主要是空气、水蒸气，有时还有沼气等。 各相的性质及相对含量的大小直接影响土体的性质，土粒大小和形状、矿物成分及排列和 联结特征是决定土的物理力学性质的重要因素。 土粒矿物成分与土粒大小有关： 粗大土粒：往往保留原生矿物，多呈块状或柱状。 细小土粒：主要是次生矿物，多呈片状。 无粘性土当土样中巨粒（土粒粒径大于 60mm）和粗粒（600.075mm）的含量超过全重 50%时属无粘性土。 土中水影响粉性土和粘性土的可塑性、胀缩性、湿陷性、冻胀性等物
8、理特征。 1.21.2 土的组成土的组成 一、一、固体颗粒（土粒）固体颗粒（土粒） : 有机质 组成由原生矿物和次生矿物无机矿物颗粒 土粒 原生矿物：由岩石经物理风化生成的颗粒，它的成分与母岩的相同，如：石英、长石、辉石、 角闪岩、云母等。 特性：颗粒一般较粗，多呈浑圆形、块状或板状；吸附水的能力弱，性质比较稳，无塑性。 次生矿物：由原生矿物经化学风化生成的新矿物，它的成分与母岩的完全不同。如：由长石风 化成的高岭石、由辉石或角闪石风化成的绿泥石等。 特性：颗粒极细，且多呈片状；性质活泼，有较强的吸附水能力（尤其是由蒙脱石组成的 颗粒） ，具塑性。遇水膨胀。 粗大土粒一般是化学性质较稳定的原生
9、矿物颗粒，有单矿物颗粒和多矿物颗粒两种形态。 细小土粒主要是次生矿物颗粒和生成过程中介入的有机物质。 二、土粒粒度分析方法二、土粒粒度分析方法 土是由大小不同的土粒组成的。土粒的大小、形状、矿物成分和级配对土的物理性质有明 显影响。土粒的粒径由粗到细逐渐变化时，土的性质相应地发生变化。例如土的性质随着粒径 的变细可由无粘性变化到有粘性。 （一）几个概念 粒度土粒的大小称为粒度，常以粒径表示。 粒组界于一定粒度范围内的土粒，称为粒组。 界限粒径划分粒组的分界尺寸。 常用粒组的界限粒径：（根据国标土的分类标准 （GBJ145-90） ） 200mm，60mm，2mm，0.075mm，0.005mm
10、 200、 60、 2、 0.075 0.005 mm 20、5 0.5、0.25、0.1 0.01 漂石或块石、卵石或碎石、圆砾或角砾、 砂砾、 粉粒、 粘粒。 （二）土的颗粒级配 1土的颗粒级配（粒度成分）土中各个粒组的相对含量(各粒组占土粒总重的百分数)。 土粒的组合情况大大小小土粒含量的相对数量关系 2确定各粒组相对含量的方法 （1）颗粒分析试验 筛分法， 0.075mm 粒径60mm 的粗粒组 将风干、分散的代表性土样通过一套自上而下孔径由大到小的标准筛，称出留在各个筛 子上的干土重，经计算可得小于某一筛孔直径土粒的累积重量及累计百分含量。 沉降分析法，比重计法和移液管法,粒径1.0
11、 的土是疏松的高 压缩性土。 孔隙率土中孔隙体积与土的总体积之比，以百分数表示：100 V V n v 孔隙率亦可用来表示同一种土的松、密程度。 一般粘性土的孔隙率为 3060%，无粘性土为 2545%。 饱和度土中所含水分的体积与孔隙体积之比（以百分率计） ，饱和度可描述土体中 孔隙被水充满的程度：%100 v r V V S 显然,干土的饱和度 Sr =0,当土被完全饱和状态时 Sr =100%。砂土根据饱和度可划分为 下列三种湿润状态：Sr50% 稍湿，50%Sr80% 很湿，Sr80% 饱和。 【讨论】孔隙比、孔隙率、饱和度能否超过 1 或 100？ 二、指标的换算二、指标的换算 已知
12、：（） ，e，n，Sr，sat（sat） ，d（d） ，等的表达式。 s d 推导间接指标的关键在于：熟悉各个指标的定义及其表达式，能熟练利用土的三相简图。 令， ww 1 1 s V 则，eVveV1 wswsss GVGm ， wssw wGwmm ws Gwm)1 ( 推导： （a） e Gw V m ws 1 )1 ( （b） we G V m wss d 11 由(b)式， 1 )1 ( 1 ws d ws GwG e e eG e eG V Vm wswwswvs sat 1 )( 1 e G V VVm V VVm V Vm ws wsat wwvswvswss 1 ) 1( )
13、( e e V V n v 1 e wG V wG V m V V S s wv ws wv w v w r 注意：此时 e 已是“已知”的指标。根据各间接指标的定义，利用三相简图可求得： e eGs sat 1 e Gs 1 1 s d G n1 土的三相比例指标换算化式一并列于下表。 【本次课小结】 1各指标的定义； 2利用三相图进行指标间的相互换算。 【复习思考】 1在土的三相比例指标中，哪些指标是直接测定的？用何方法？ 2在三相比例指标中，哪些指标的数值可以大于 1，哪些不行？ 例题 1某土样重 180g，饱和度=90%，土粒比重，烘干后重 135g，试计算 r S7 . 2 s G
14、土样的天然重度和孔隙比。 解： 法一： r s S G e 135 135180 s w m m e rG g V m gr ws 1 )1 ( 3 / 0 . 10mkNrw 法二： g VVV mm g V m gr avs ws 2 /10smg 135180 w mgms135 1ws s s s s G mm V w w w m V r w v S V V s w V V e 1.41.4 无粘性土的密实度无粘性土的密实度 无粘性土一般是指砂（类）土和碎石（类）土；一般粘粒含量少，不具可塑性，呈单粒结构。 砂土密实度划分方法： 1按天然孔隙比划分 要求：采取原状砂土样 不足：采样困难
15、，且难以有效判定密实度的相对高低。 相对密（实）度 minmax max ee ee Dr 砂土在最松散状态时的孔隙比，即最大孔隙比； max e 砂土在最密实状态时的孔隙比，即最小孔隙比； min e 砂土在天然状态时的孔隙比。 当 ，表示砂土处于最松散状态；0 r D ，表示砂土处于最密实状态。1 r D 根据三相比例指标间换算， 、和分别对应有、和，则 max e min e d mind maxd )( )( minmax minmax ddd ddd r D 优点：理论完善，能合理判定砂土的密实度状态。 不足：测定（或）和（或）的试验方法存在问题，对同一种砂土的试验 max e mi
16、nd min e maxd 结果离散性大。 标准贯入试验 砂土根据标准贯入试验的锤击数分为松散、稍密、中密及密实四种密实度；N 按重型动力触探击数划分（碎石土） 按重型（圆锥）动力触探试验锤击数划分如下： 5 . 63 N 本表适用于卵石、碎石、圆砾、角砾。 野外鉴别（碎石） 对于大颗粒含量较多的碎石土，一般对于漂石、块石以及粒径大于 200mm 的颗粒含量较 多的碎石类土，密实度很难做室内试验或原位触探试验，一般采用野外鉴别方法来划分为：密 实、中密、稍密、松散。如26 表。 1.51.5 粘性土的物理特征粘性土的物理特征 一、粘性土的可塑性及界限含水量 粘性土由于含水量的不同，分为固态、半
17、固态、可塑状态和流动状态，这即是粘性土的稠 度状态。 界限含水量粘性土由一种状态转到另一种状态的分界含水量，也即各稠度状态间的临 界含水量，以百分数表示。 可塑性当粘性土在某含水量范围内，用外力塑成任何形状而不发生裂纹，并当处力移 去后仍能保持形状的性能。 固体状态半固体状态可塑状态流动状态 液限土由可塑状态到流动状态的界限含水量称为，用表示，我国采用锥式液限仪 l 来测定。其工作过程是：将粘性土调成均匀的浓糊状，装满盛土杯，刮平杯口表面，将 76 克 重圆锥体轻放在试样表面的中心，使其在自重作用下徐徐沉入试样，若圆锥体经 5 秒种恰好沉 入 10mm 深度，这时杯内土样的含水量就是液限值。为
18、了避免放锥时的人为晃动影响，可 l 采用电磁放锥的方法。 塑限土由半固态到可塑状态的界限含水量，用表示，用“搓条法“测定。即用双手 p 将天然湿度的土样搓成小圆球（球径小于 10mm） ，放在毛玻璃板上再用手掌慢慢搓滚成小土 条，用力均匀，搓到土条直径为 3mm，出现裂纹，自然断开，这时土条的含水量就是塑限 值。 p 缩限土由半固体状态不断蒸发水分到体积不再缩小时土的界限含水量，用表示。 s 注意：塑限、液限、缩限是一个含水量 二、粘性土的可塑性指标 粘性土可塑性指标除了塑限、液限、缩限外，还有塑性指数和液性指数等指标。 塑性指数指液限和塑限的差值（省去%号） ，即土处在可塑状态的含水量变化范
19、围，用 表示。 p I Ip= 注意：计算时含水量要去百分号 l p 结论：塑性指数表示土处在可塑状态的含水量变化范围, 显然，塑性指数愈大，土处于可 塑状态的含水量范围也愈大。塑性指数的大小与土中结合水的可能含量有关，土中结合水的含 量与土的颗粒组成、矿物组成以及土中水的离子成分和浓度等因素有关。其值的大小取决于土 颗粒吸附结合水的能力,亦即与土中粘粒含量有关。 粘粒含量越多,土的比表面积越大,塑性指数就越高。 应用：根据其值大小对粘性土进行分类。 液性指数粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比。用表示。值愈大， L I L I 土质愈软；反之，土质愈硬。 PL p P p L I I
20、 坚硬状态)( p 0 L I 可塑状态10 L I 流动状态)( L 1 L I 用途：根据其值大小判定土的软硬状态 注：粘性土界限含水量指标、都是采用重塑土测定的，它是天然结构完全破坏的重塑土的 p l 物理状态界限含水量。因此，保持天然结构的原状土，在其含水量达到液限以后，并不处于流 动状态。 三、粘性土的结构性和触变性 1结构性 结构性指天然土的结构受到扰动影响而改变的特性。一般用灵敏度衡量。当土受到扰 动时，土的平衡体系破坏，土的强度降低和压缩性增大。 灵敏度以原状土的强度与该土经重塑（土的结构性彻底破坏）后的强度之比来表示。 重塑试样与原状试样具有相同的尺寸、密度和含水量。 对于饱
21、和粘性土的灵敏度可按下式计算： t S u u t q q S 原状试样的无侧限抗压强度，kPa; u q 重塑试样的无侧限抗压强度，kPa。 u q 根据灵敏度将饱和粘性土分为： 低灵敏21 t S 中灵敏42 t S 高灵敏4 t S 土的灵敏度越高，其结构性越强，受扰动后土的强度降低越多。 2触变性 触变性粘性土的结构受到扰动，导致强度降低，但当扰动停止后，土的强度又随时间 而逐渐增大，粘性土的这种抗剪强度随时间恢复的胶体化学性质称为土的触变性。 四、粘性土的胀缩性、湿陷性和冻胀性 1粘性土的胀缩性 粘性土由于含水量的增加而发生体积增大的性能称膨胀性；由于土中水分蒸发而引起体积 减少的性
22、能称收缩性；两者统称胀缩性。 粘性土的膨胀性和收缩性对基坑、边坡、坑道及地基土的稳定性有着很重要的意义。 （1）膨胀性(expansibility) 粘性土的膨胀性常用下列指标表示： 自由膨胀率：原状土样膨胀后体积的增量与原体积之比，以百分率表示。 ef %100 0 0 0 V VV V V w ef 试样初始体积，取量土杯的容积为 10ml； 0 V 膨胀稳定后测得 50 mL 容积的量筒内试样体积，ml。 w V 常用线膨胀率：%100 0 0 h hh ef 式中：土样原来的高度，cm 0 h h土样膨胀稳定后的高度，cm 膨胀系数若直接以小数表示时，称膨胀系数。 ef 较小的膨胀土，
23、膨胀潜势较弱，建筑物损坏轻微；高的土，具有强的膨胀潜势，则 ef ef 较多建筑物将遭到严重破坏。 （2）收缩性(shrinkage) 粘性土的收缩性是由于水分蒸发引起的。 当土中含水率小于收缩限 Ws 时，土体积收缩极小；随着含水率的增加，土体积增大，当 含水率大于液限时，土体坍塌。 表征粘性土的收缩性指标有： 体缩率es：试样收缩减小的体积与收缩前体积的比值。以百分率表之。 %100 0 0 V VV es 式中：V0收缩前的体积，cm3 V收缩后的体积，cm3 线缩率esl：试样收缩后的高度减小量与原高度之比，以百分率表之。 %100 0 0 l ll esl 式中：试样原始高度，cm
24、0 l 试样经收缩后的高度，cm l 2土的湿陷性 土的湿陷性指土在自重压力作用下或自重压力和附加压力综合作用下，受水浸湿后， 使土的结构迅速破坏而发生显著的附加下陷特征，以湿陷系数值衡量，由室内压缩试验 s s 测定。 0 h hh pp s 压缩仪中原状试样加压压缩稳定后的试样高度 p h 压缩仪中原状试样加压压缩稳定后，再加水浸湿下沉稳定后的高度； p h 土样的原始高度。 0 h 对黄土：，为非湿陷性黄土；015 . 0 s ，为湿陷性黄土。015 . 0 s 3土的冻胀性 土的冻胀性指土的冻胀和冻融给建筑物或土工建筑物带来危害的变形特性。 危害：使路基隆起，使柔性路面鼓包、开裂、倾斜
25、、甚至倒塌；解冻后土层软化，强度降低。 1.61.6 土的分类标准土的分类标准 一、土的分类原则 土的分类体系就是根据土的工程性质差异将土划分成一定的类别。 两大类土的工程分类体系： 1建筑工程系统的分类体系：侧重于把土作为建筑地基和环境，以原状土为基本对象。注重 土的天然结构性。 2工程材料和系统的分类体系：侧重于把土作为建筑材料，用于路堤、土坝和填土地基等工 程。以扰动土为基本对象，注重土的组成，不考虑土的天然结构性。 二、土的分类标准 国标土的分类标准 （GBJ145-90）的分类体系： 1巨粒土和粗粒土的分类标准 （1）几个概念 巨粒： 粒径的土粒；mmd60 巨粒土： %100%75
26、巨粒含量 含巨粒的土： 混合巨粒土：%75%50巨粒含量 巨粒混合土：%50%15巨粒含量 粗粒土： 砾类土：%50)602(mmdmm砾粒组含量 砂类土：%50)602(mmdmm砾粒组含量 （2）分类 2细粒土的分类标准 细粒土试样中粗粒组（）含量少于 25%的土。mmdmm60075 . 0 含粗粒的细粒土试样中粗粒含量为 25%50%的土。 当采用我国锥式液限仪测定液限时，利用塑性图（或下表）进行分类： 塑性图（采用锥式液限仪） 塑性图（采用碟式液限仪） 两条经验界限： 斜线为 A 线，作用是区分有机土和无机土、粘土和粉土，A 线上侧是粘土，下侧是粉土， 竖线为 B 线，作用是区分高塑
27、性土（高液限土）和低塑性土（低液限土） 。 在 A 线以上的土为粘土： 液限大于 40 的土称为高塑性粘土 CH，液限小于 40 的为低塑性粘土 CL； 在 A 线以下的土为粉土： 液限大于 40 的土称为高塑性粉土 MH，液限小于 40 的为低塑性粘土 ML； 若土样处于 A 线以上，而塑性指数在 710 之间，则土的分类应给以相应的搭界分类 CLML。 含粗粒的细粒土分类：按塑性图并根据所含粗粒类型进分分类 （1）当粗粒中砾粒占优势，称为含砾细粒土，在细粒土代号后缀加 G，例 含砾低液限粘土，代号 CLG； （2）当粗粒中砂粒占优势，称为含砂细粒土，在细粒土代号后缀加 S，例 含砂高液限粘
28、土，代号 CHS； 若细粒土内含部分有机质，则土名交加“有机质” ，对有机质细粒土的代号后缀代号为 O，例，低液限有机质粉土，代号 MLO。 1.71.7 地基土的工程分类地基土的工程分类 1按沉积年代和地质成因划分 地基土按沉积年代可划分为：老沉积土：第四纪晚更新世及其以前沉积的土，一般 3 Q 呈超固结状态。新近沉积土：第四纪全新世近期沉积的土，一般呈欠固结状态。 根据地质成因可分为：残积土、坡积土、洪积土、冲积土、湖积土、海积土、淤积土、风积土 和冰积土等。 2按颗粒级配（粒度成分）和塑性指标划分 土按颗粒级配和塑性指标分为：碎石类土、砂土、粉土和粘性土。 地基土的分类是根据不同的原则将
29、其划分为一定的类别，同一类别的土在工程地质性质上 应比较接近。土的合理分类具有很大的实际意义，例如根据分类名称可以大致判断土的工程特 性、评价土作为建筑材料的适宜性及结合其他指标来确定地基的承载力等。 作为建筑场地和地基的土的分类一般可按下列原则进行： 1、 根据地质成因可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、风积土等。 2、 根据颗粒级配或塑性指数可分为碎石土、砂土、粉土和粘性土。 3、 根据土的工程特性的特殊性质可分为一般土和特殊土。 （1）无粘性土 无粘性土一般指碎石土和砂土。 碎石土粒径大于 2mm 的颗粒含量超过全重的 50%的土。 碎石土根据粒组含量及形状按下表分类。 砂土粒径大于
30、2mm 的颗粒含量不超过全 重 50%、且粒径大于 0.075mm 的颗粒超过全重 50%的土。 砂土按粒组含量（颗粒级配）分类如下表。 （2）粉土：介于无粘性土与粘性土之间，是指 粒径大于 0.075mm 的颗粒含量不超过全重 50%， 塑性指数的土。10 p I 可根据颗粒级配分为粘质粉土和砂质粉土： 粉土的颗粒级配中 0.050.1mm 和 0.0050.05mm 的粒组占绝大多数，而水与土粒之间的 作用是明显不同于粘性土和砂土，这主要表现“粉粒“的特性。其工程性质介于粘性土和砂土之 间。若用含水量接近饱和的粉土，团成小球，放在掌上左右反复摇幌，并以另一手震击，则土 中水迅速渗出，并呈现
31、光泽，这是野外鉴别时常用方法之一。 （3）粘性土 粘性土是指塑性指数的土。粘性土10 p I 17 1710 P P I I 粘土： 粉质粘土： （3）特殊土 特殊土具有一定分布区域或工程意义，具有特殊成分状态和结构特征的土。有湿陷性 土、红粘土、软土（包括淤泥、淤泥质土、泥炭质土、泥炭等） 、混合土、填土、冻土、膨胀 岩土、盐渍岩土、风化岩和残积土、污染土等。 二、公路桥涵地基土的分类 三、公路路基土的分类 第二章第二章 土的渗透性及渗流土的渗透性及渗流 2.12.1 概概 述述 渗透性（透水性）土体被液体透过的性质。 渗透在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象。 渗流液体在土孔隙或其他透水性
32、介质中的流动。 土的渗透性研究包括三个方面： （1）渗流量：如渗水量及排水量计算； （2）渗透破坏问题：渗流力渗流对土颗粒施加的作用力。 渗流力过大使土体产生渗透变形，甚至渗透破坏，如边坡破坏，地面隆起，堤坝失稳等。 （3）渗流控制问题：如降低水位差，防渗等。 2.22.2 土的渗透性土的渗透性 一、土的层流渗透定律 （1）达西定律 试验发现：单位时间内的渗出水量与水力梯度 和圆筒断面积 A 成正比，且与土的透水性能qi 有关，即 kiAq L h kki A q v 试样两端的水头差，cm 或 m；h L渗径长度；cm 或 m； k渗透系数，cm/s 或 m/d；其物理意义是当水力梯度 i
33、等 于 1 时的渗透速度； （2）达西定律的适用范围与起始水力坡降 对于密实的粘土：由于结合水具有较大的粘滞阻力，只有当水力梯度达到某一数值，克服 了结合水的粘滞阻力后才能发生渗透。 起始水力梯度使粘性土开始发生渗透时的水力坡降。 粘性土渗透系数与水力坡降的规律偏离达西定律而呈非线性关系，如图（b）中的实线所 示，常用虚直线来描述密实粘土的渗透规律。 b iikv 式中 密实粘土的起始水力坡降； b i 对于粗粒土中（如砾、卵石等）：在较小的 i 下，v 与 i 才呈线性关系，当渗透速度超过临 界流速 vct时，水在土中的流动进入紊流状态，渗透速度与水力坡降呈非线性关系，如图（c） 所示，此时
34、，达西定律不能适用。 【注意】由上式求出的 v 是一种假想的平均流速，假定水在土中的渗透是通过整个土体截面来 进行的。土粒本身是不能透水的，故真实的过水断面面积应小于整个断面积，所以实际 r AA 平均流速大于 （假想平均流速） ，关系如下： r vv rrA vvAq 若均质砂土的孔隙率为，则nnAAr n v nA vA vr 二、渗透试验与渗透系数 渗透系数是一个代表土的渗透性强弱的定量指标，也是渗透计算时必须用到的一个基本参数。 1渗透系数的确定 主要分现场试验和室内渗透试验两大类，一般说，现场试验比室内试验所得到的成果要准 确可靠。 （1）实验室测定法：常水头试验法，透水性大的砂性土
35、 变水头试验法，透水性小的无粘性土 常水头试验 适用：透水性大（k10-3cm/s）的土，例如砂土。 常水头试验就是在整个试验过程中，水头保持不变。试验时测出 某时间间隔 t 内流过试样的总水量，根据达西定律Q At L h kkiAtqtQ 即 常水头试验装置 hAt QL k 变水头试验 适用：渗透系数很小的土，如粘土。 粘性土由于渗透系数很小，流经试样的总水量也很小，不易准确测定。因此，应采用变水 头试验。 变水头试验就是在整个试验过程中，水头随时间而变化的一种 试验方法。设细玻璃管的内截面积为，试验开始后任一时刻 变at 水头的水位差为，经过时段，细玻璃管中水位下落hdtdh 则 （负
36、号表示渗水量随减小而增加）adhdQh Adt L h kkiAdtdQ 两边积分得 变水头试验装置 h dh kA aL dt 2 1 2 1 h h t t h dh kA aL dt 得到渗透系数 2 1 12 ln h h ttA aL k 如用常用对数表示，上式可写为 2 1 12 lg3 . 2 h h ttA aL k （2）现场测定法 实测流速法：色素法、电解质法、食盐法 注水法： 抽水法：降低水位法：平衡法，不平衡法 水位恢复法 抽水试验： 如图，在现场打一口试验井，贯穿要测定值的砂土层，并在距井中心不同距离处设置一k 个或两个观测孔。以不变的速率连续抽水，水位稳定后，测定试
37、验井和观测孔中的稳定水位， 假定水流是水平流向时，流现水井的渗流过水断面应是一系列同心圆柱面。待出水量和井中的 动水位稳定一段时间后，若测得的抽水量为，如图测出和水位高度，由达西定律q 21,r r 21,h h 可求出土层的平均值。k khdh r dr q dr dh krhAkiq22 两边积分 2 1 2 1 2 h h r r hdhk r dr q 得 )(ln 2 1 2 2 1 2 hhk r r q )( )/ln( 2 1 2 2 12 hh rrq k 或用常对数表示： )( )/lg( 3 . 2 2 1 2 2 12 hh rrq k 2影响渗透系数的因素 影响渗透系
38、数的主要有： （1）土的粒度成分和矿物成分 土的颗粒大小，形状及级配，影响土中空隙大小及形状，因而影响渗透性。 土粒越粗，越浑圆，越圆滑，越均匀时，渗透性越大。砂土中含有较多粉土，或粘土颗粒 时，其渗透系数就大大降低。土中含有亲水性较大的粘土矿物或有机质时，也大大降低土的渗 透性。 （2）密实度（孔隙比） 由可知，孔隙比越大，越大，渗透系数越大，而孔隙比的影响，主要决定于土 s v V V e e v V 体中的孔隙体积，而孔隙体积又决定于孔隙的直径大小，决定于土粒的颗粒大小和级配。 （3）饱和度 一般饱和度越低，值越小，因为低饱和土的孔隙不存在较多气泡会减小过水断面积，甚k 至堵塞小孔道，同
39、时由于气体因孔隙水压力的变化而胀缩，因而饱和度的影响是一个不定因素， 所以，要求试样必须充分饱和，以保持试验的精度。 （4）土的结构 同时，扰动土样与击实土样的值通常经同一密度的原状土样的值为小。kk （5）土的构造 天然土层通常不是各向同性的，在渗透性方面往往也是如此。 如黄土特别是具湿陷性黄土，具有竖直方向的渗透系数要比水平方向大得多。 层状粘土常夹有薄的粉砂层，它在水平方向的渗透系数要比竖直方向大得多。 （6）水的温度 试验表明，值与渗流液体（水）的重度以及粘滞度有尖，水温不同时，相差不k w w 多，便变化较大。水温越高，越低；与基本上成线性关系。因此，在时测得的kCT 0 值应加以温
40、度修正，使其成为标准温度下的值。一般采用为标准温度。 T kkC 0 20 T T kkk 20 20 （7）结合水膜厚度的影响 粘性土中若土粒的结合水膜较厚时，会阻塞土的孔隙，降低土的渗透性。 （8）土中气体的影响 当土孔隙中存在密闭气泡时，会阻塞水的渗流，从而降低了的渗透性。这种密闭气泡有时 是由溶解于水中的气体分离而形成的，故水的含水量也影响土的渗透系数。 影响因素：水温，试验表明，与渗透液体的容重及粘滞系数有关；水温不同，相k w r w r 差不大，但粘滞系数变化较大，水温升高，粘滞系数降低，增大。k 此外，渗透水的性质对值的影响。k 3成层土的等效渗透系数 （1）平行层面渗透系数
41、两个基本条件： 总渗流量等于各分层渗流量之和 x q ix q nxixxxx qqqqq 21 总水力坡降等于各分层的水力梯度 x i i i nxixxxx iiiii 21 由条件得： nnxniixixxxx HikHikHikHikHik 222111 由条件代入上式得 整个土层的平均渗透系数 n i iinniix Hk H HHkHkHkHkk 1 2211 1 / )( 【讨论】对于成层土，如果各土层的厚度大致相近，而渗透性却相差悬殊时，与层向平行 的平均渗透系数将取决于最透水层的厚度和渗透性。并近似表示为。 H H kk （2）垂直层面渗透系数 两个基本条件： 总渗流量等于各
42、分层渗流量。 y q iy q nyiyyyy qqqqq 21 总水头损失等于各分层水头损失之和。h i h ni hhhhh 21 由条件得：LikLikLikLikLik nyniyiyyyy 2211 、 y y y i k k i 1 1 y y y i k k i 2 2 y n y ny i k k i 由条件得 ny n y y y nnyiiyyyy Hi k k Hi k k HiHiHiHiHi 1 1 2211 n n yy H k k H k k H 1 1 整个土层的平均渗透系数 n i i i n n i i y k H H k H k H k H k H H k
43、 1 2 2 1 1 【讨论】对于成层土，如果各土层的厚度大致相近，而渗透性却相差悬殊时，与层面垂 直的平均渗透系数将取决于最不透水层的厚度和渗透性。 2.32.3 土中二维渗流及流网简介土中二维渗流及流网简介 一、流网特征 流线水质点的流动路线，流线上任一点的切线方向就是流速失量的方向 等势线渗流场中势能或水头的等值线 流网由流线和等势线所组成的曲线正交 网格。 图中，实线为流线，虚线为等势线。 流网特征： （1）流线与等势线互相正交； （2）每个网格的长宽比为常数； （3）相邻等势线间的水头损失相等； （4）各个流槽的渗流量相等。 结论：流网中等势线越密的部位，水力梯度越大，流线越密的部位
44、流速越大。 二、流网的应用 1求相邻等势线间的水头损失； d i N h h （为流场中总等势线间隔数，10 根等势线） d N9 d N 2求 网格平均水力梯度；i i i i l h i 3求每一流槽的渗流量： 流速 i i ii l h kkiv 流量， （为 网格的宽度） iii bvq i bi 4求网格中某点孔隙水应力 i u wiwi hu 静的孔隙水应力：由下游静水位所产生的孔隙水应力， wiwi hu 超静孔隙水应力：接由外荷载和渗流引起的超出下游静水位的那一部分测压管水头所产生 的孔隙水应力，)( wiwiwi hhu 5求渗流力（见下节）j 2.42.4 渗透破坏与控制渗
45、透破坏与控制 一、渗流力 1概念：渗流力（动水力）单位体积土颗粒所受到的渗流作用力。 2渗流时的受力分析 在如图所示渗透破坏试验中，对土样假想将土骨架和水分开取隔离体，对水柱隔离体受力 分析。 （1）水柱重力=土中水重力+土粒浮力的反力 w G wwwwswvw LAVVVG （2）水柱上下两端面的边界水压力和； wwh 1 h w （3）土柱内土粒对水流的阻力，其大小与渗流力相等， 方向相反。设单位土体内的渗流力为、土粒对水流J 阻力为，则总阻力为，方向竖直向下。 J w LA J 由平衡条件得： wwwwwww AhLAJGAh 1 i L h L Lhh J w www )( 1 iJJ
46、 w 3渗流力特征：（1）渗流力是一种体积力， 3 /mKN （2）渗流力与水力坡降 成正比，；JikiJ （3）渗流力方向与流向一致，作用在土粒上。 4利用流网计算渗流力 （1）对流网中某网格 ，求得其水力坡降i i i （2）求 网格总渗流力，i iwi ij iiiwiii bl iVjJ （3）求整个流网渗流合力， i JJ 5渗流力对工程的影响（渗透变形两种形式：流土和管涌） 。 二、渗透变形 1渗透破坏形式：流土（流砂）和管涌。 （1）概念 流土指在向上渗流作用下局部土体表面隆起，或土粒群同时起动而流失的现象。 多发生在颗粒级配均匀的饱和细、粉砂和粉土层中，它主要发生在地基或土坝下游渗流 溢出处。基坑或渠道开挖时所出现的流砂现象是流土的一种常见形式。细砂、粉砂、淤泥等较 易发生流土破坏。 一般说来，任何类型的土，只要坡降达到一定的大小，都会发生流土破坏， 特点：发生于地基或土坝下游渗流出逸处，而不发生于土体内部。一般突发性发生，对工程危 害极大。 管涌